간행물
한국전산구조공학회 논문집 KCI 등재 Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
- 발행기관 한국전산구조공학회
- 자료유형 학술지
- 간기 격월간
- ISSN 1229-3059 (Print)2287-2302 (Online)
- 수록기간 1988 ~ 2024
- 주제분류 공학 > 토목공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 531DDC 624
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제36권 5호 (2023년 10월) 8건
1.
2023.10
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최근 국내에서 연간 지진 발생 횟수가 꾸준히 증가함에 따라 공공시설물에 대한 내진 보강의 필요성이 더욱 대두되고 있다. 이 연구 에서는 사각 단면을 가진 철근콘크리트 기둥에서 강봉보강의 유무에 따른 내진 성능 개선 효과를 분석하기 위해 비선형 유한요소해 석을 수행하였으며, 검증을 위해 구조실험결과와 비교하였다. 분석 결과, 이 연구에서 수행한 유한요소해석이 실제 강봉보강공법을 적용한 철근콘크리트 기둥의 구조 거동을 합리적으로 잘 묘사하는 것으로 나타났다. 또한, 해석 및 실험 모두 강봉보강공법 적용으로 인해 파괴모드가 취성파괴에서 연성파괴로 전환되었으며, 강도와 연성도 모두 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 강봉보강공법 적 용을 통해 기존 철근콘크리트 기둥의 내진 성능을 효과적으로 증진시킬 수 있는 것으로 판단된다. 이 연구의 주요 결과는 향후 설계 방 안 마련 등 관련 연구에 유용할 것으로 기대된다.
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2.
2023.10
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본 연구에서는 평활화 유한요소법(Smoothed finite element method)을 도입한 위상분야법(Phase-field method)에 대해 소개하고자 한다. 위상분야법은 최근 균열 개시 및 전파 해석에 많이 사용되는 기법으로 균열 표면을 추적하기 위한 추가적인 처리기법이 필요하 지 않는 특징이 있다. 위상분야법에서 복잡한 균열 전파를 포착하기 위해 높은 정확도의 변형률 에너지를 평활화 유한요소법을 도입 하여 계산하였다. 평활화 유한요소법은 유한요소를 하위 셀로 나누고 각각의 하위 셀을 평활화 영역으로 재조립하여 변형률 에너지 를 계산하게 된다. 또한 해석 시간 단축을 위하여 쿼드트리 요소망을 제안한 기법에 사용하였다. 수치 예제를 통하여 제안한 기법을 참 조해 및 유한요소법과 비교하여 검증하였다.
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3.
2023.10
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본 논문에서는 유한요소해석 프로그램을 통해 파괴 거동 유형별 철근콘크리트 기둥 및 폭발 하중을 모델링하였으며, 실제 실험과 의 동적 응답을 비교하여 모델의 적합성을 입증하였다. 개발한 모델을 이용하여 폭발 하중에 대한 부재의 동적 응답을 확인하기 위해 폭발 하중 시나리오를 설정하였으며 해당 시나리오별 폭발 하중에 대한 시간에 따른 변위 및 응력 결과를 도출하였다. 동적 응답을 통 해 폭발 하중에 대한 기둥의 성능평가(Ductility, Residual)를 수행하였으며 이를 비교 및 분석하였다.
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4.
2023.10
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장대교량은 낮은 고유진동수와 감쇠비를 가지는 초유연구조물로 진동사용성 문제에 취약하다. 하지만 현재 국내 설계지침에서는 풍속이나 진폭에 대한 임계값을 기반으로 유해진동 발생 여부를 평가하고 있다. 본 연구에서는 장대교량에서 발생하는 유해진동을 보다 정교하게 식별하기 위하여 딥러닝 기반 신호분할 모델을 활용한 데이터 포인트 단위의 와류진동 식별 방법론을 제안한다. 특별 히 포락선을 가지는 사인파를 활용하여 와류진동에 해당하는 데이터를 합성함으로써 모델 구축에 필수적인 와류진동 데이터 획득 및 라벨링 과정을 대체하였다. 이후 푸리에 싱크로스퀴즈드 변환를 적용하여 시간-주파수 특징을 추출하여 신경망의 인풋 데이터로 사 용하였다. 합성데이터만을 이용하여 양방향 장단기 기억신경망(Bidirectional Long-Short-Term-Memory) 모델을 훈련하였고 이를 라 벨 정보를 포함한 실제 사장교의 계측데이터를 이용하여 학습한 모델과 비교하여 모델의 실시간 와류진동 식별 성능을 검증하였다.
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5.
2023.10
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PVA 섬유 보강 시멘트 복합체는 매우 복잡한 미세구조를 가지고 있으며, 재료의 거동을 정확히 평가하기 위해서는 미세구조 특성 을 반영하여 실제 실험과 시너지효과를 내며 효율적인 재료 설계를 가능하게 하는 해석 모델의 개발이 중요하다. PVA 섬유 보강 시멘 트 복합체의 역학적 성능은 PVA 섬유의 방향성에 큰 영향을 받는다. 그러나 마이크로-CT 이미지로부터 얻은 PVA 섬유의 회색조 값 을 인접한 상과 구분하기 어려워, 섬유 분리 과정에 많은 시간이 소요된다. 본 연구에서는 섬유의 3차원 분포를 얻기 위하여 0.65μm3 의 복셀 크기를 가지는 마이크로-CT 이미지 촬영을 수행하였다. 학습에 사용될 학습 데이터를 생성하기 위해 히스토그램, 형상, 그리 고 구배 기반 상 분리 방법을 적용하였다. 본 연구에서 제안된 U-net 모델을 활용하여 PVA 섬유 보강 시멘트 복합체의 마이크로- CT 이미지로부터 섬유를 분리하는 학습을 수행하였다. 훈련의 정확도를 높이기 위해 데이터 증강을 적용하였으며, 총 1024개의 이미지 를 훈련 데이터로 사용하였다. 모델의 성능은 정확도, 정밀도, 재현율, F1 스코어를 평가하였으며, 학습된 모델의 섬유 분리 성능이 매 우 높고 효율적이며, 다른 시편에도 적용될 수 있음을 확인하였다.
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6.
2023.10
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현대의 방탄 장갑은 우수한 관통 저항성을 갖추어야할 뿐만 아니라 군인과 군용차량의 기동성이 확보되어야 하기 때문에 경량화가 중요한 개발 요소가 되었다. 이종 적층 평판 구조의 방탄 장갑의 방탄 성능은 동일 중량 대비 구성 재료의 배열에 따라 달라진다. 본 논 문에서는 케블라, 초고분자량 폴리에틸렌 그리고 에바 폼으로 구성된 방탄 장갑의 적층 배열에 따른 방탄 성능을 분석한다. 구성 재료 의 두께가 5mm와 6.5mm인 두 가지 경우에서 6가지 적층 배열에 대하여 7.62 × 51mm NATO 탄환의 M80 탄을 856m/s의 속도로 충돌 시키는 피탄 해석을 수행하였다. 방탄 성능을 평가하기 위해 이종 적층 평판을 관통한 발사체의 잔류 속도와 잔류 에너지를 측정하였 다. 시뮬레이션 결과를 통해 케블라, 초고분자량 폴리에틸렌, 에바 폼의 배열 순서를 갖는 적층 구조가 동일 중량에 대해 가장 우수한 방탄 성능을 가짐을 확인하였다.
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7.
2023.10
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미세구조 특성의 불확실성은 재료 특성에 많은 영향을 준다. 시멘트 기반 재료의 공극 분포 특성은 재료의 역학적 특성에 큰 영향을 미치며, 재료에 랜덤하게 분포되어 있는 많은 공극은 재료의 물성 예측을 어렵게 한다. 공극의 특성 분석과 재료 응답 간의 상관관계 규명에 대한 기존 연구는 통계적 관계 분석에 국한되어 있으며, 그 상관관계가 아직 명확히 규명되어 있지 않다. 본 연구에서는 합성곱 신경망(CNN, convolutional neural network)을 활용한 이미지 기반 데이터 접근법을 통해 시멘트 기반 재료의 역학적 응답을 예측하 고, 공극분포와 재료 응답의 상관관계를 분석하였다. 머신러닝을 위한 데이터는 고해상도 마이크로-CT 이미지와 시멘트 기반 재료의 물성(인장강도)로 구성하였다. 재료의 메시 구조 특성을 분석하였으며, 재료의 응답은 상장균열모델(phase-field fracture model)에 기 반을 둔 2D 직접 인장(direct tension) 유한요소해석 시뮬레이션을 활용하여 평가하였다. 입력 이미지 영역의 기여도를 분석하여 시편 에서 재료 응답 예측에 가장 큰 영향을 미치는 영역을 CNN을 통하여 식별하였다. CNN 과정 중 활성 영역과 공극분포를 비교 분석하 여 공극분포특성과 재료 응답의 상관관계를 분석하여 제시하였다.
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8.
2023.10
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본 연구에서는 한옥의 해석모델 구축을 지원하고, 구축된 해석모델의 활용도를 높이고자 이를 활용한 가상현실 소프트웨어를 개발 하였다. 한옥의 구조해석 모델은 범용 구조해석 소프트웨어인 midas Gen으로 생성하고, 이를 문자기반 입력파일로 변환한 후 본 연구 에서 개발된 소프트웨어에서 한옥 해석모델의 검토에 필요한 자료들을 저장한다. 개발된 가상현실 소프트웨어 내에서 3차원으로 표 현된 한옥의 해석모델은 시점을 변경하며 살펴볼 수 있고 특정 부재를 선택하여 관련된 자료를 확인할 수 있다. 이러한 과정을 통해 해 석모델의 오류를 확인 및 수정하여 완결된 해석모델을 구축할 수 있다. 개발된 소프트웨어는 3개의 한옥 사례에 적용하여 그 적용성 과 효용성을 검증하였으며, 구조분야 이외의 타 분야에서도 활용될 수 있다.
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